JP2005266386A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 吸熱部1Cにより加熱領溶融域6外の冷却領域7から熱を吸収し、放熱部1Hにより加熱溶融領域6に熱を放出するヒートポンプ1を用いる。ヒートポンプ1を用いることで、記録体Pを冷却時に吸収した定着処理の廃熱を加熱溶融部での加熱に用いることができ、ヒートパイプで予備加熱する構成よりも廃熱を有効に利用することができる。
【選択図】 図2
Description
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記ヒートポンプの吸熱部を、上記加熱溶融領域から該記録体搬送方向下流側の上記記録体搬送経路に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記放熱部と上記吸熱部とを隣接して配置したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記放熱部と上記吸熱部とを間隔を空けて配置し、該放熱部及び該吸熱部に対して圧接するように一つの加圧部材を設置したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記放熱部および上記吸熱部に対して異なる加圧部材がそれぞれ圧接するように、複数の加圧部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4および5の画像形成装置形成装置において、上記ヒートポンプがペルチエ素子を用いたヒートポンプであることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1、2、3、4、5および6の画像形成装置において、上記ヒートポンプに隣接して加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
このような、ヒートポンプの放熱部を加熱溶融領域に設け、加熱溶融領域の加熱手段として用いている。これにより、予備加熱部を有する構成では熱を放出していた、記録体を予備加熱部から加熱溶融領域まで搬送する工程をなくすことができ、ヒートパイプを用いたものよりも熱の損失を抑えることができる。
以下、本発明を、画像形成装置である粉体現像電子写真複写機(以下「複写機という」)に適用した一実施形態(以下、実施形態1という)について説明する。
図1は、複写機の構成図である。この複写機では、複写装置本体であるプリンタ部100と給紙部200とスキャナ部300と原稿搬送部400とを備えている。スキャナ部300は複写装置本体100上に取り付けられ、そのスキャナ部300の上に原稿自動搬送装置(ADF)からなる原稿搬送部400が取り付けられている。また、カラー複写機内の各装置の動作を制御する制御手段としての制御部(不図示)も備えている。
給紙部200は、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44、給紙カセットから記録体としての転写紙を繰り出す給紙ローラ42、繰り出した転写紙Pを分離して給紙路46に送り出す分離ローラ45等を備えている。また、プリンタ部100の給紙路48に転写紙Pを搬送する搬送ローラ47も備えている。本実施形態の装置においては、この給紙部以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ51、手差しトレイ上の転写紙Pを手差し給紙路53に向けて一枚ずつ分離する分離ローラ52も装置側面に備えている。レジストローラ49は、それぞれ給紙カセット44又は手差しトレイ51に載置されている転写紙Pを1枚だけ排出させ、中間転写体としての中間転写ベルト10と2次転写装置22との間に位置する二次転写ニップ部に送る。
また、これに伴って、不図示の駆動モータで支持ローラ14、15、16の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト10を回転搬送する。同時に、個々の画像形成ユニット18でその感光体ドラム40を回転して各感光体ドラム40上にそれぞれ、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト10の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト10上に合成カラー画像を形成する。
図2は、本実施形態に係る定着装置の概略構成図を示している。定着装置25では、4つの支持ローラ5によって張架された耐熱部材からなる定着ベルト2の内側に、転写紙Pへの加熱手段である放熱部1Hと、冷却手段である吸熱部1Cとが定着ベルトに接触するようにヒートポンプ1を設けている。そして、放熱部1Hと定着ベルト2とが接触する加熱溶融領域6と、吸熱部1Cと定着ベルトとが接触する冷却領域7とを形成している。ここで、矢印Aは記録体Pの搬送方向を示しており、ヒートポンプ1内の矢印Hはヒートポンプ中の熱の移動方向を示している。そして、ヒートポンプ1の放熱部1H及び吸熱部1Cに対して、加圧部材である加圧ローラ4が定着ベルト2を挟んで圧接している。
また、本実施形態では図2に示すように放熱部1Hと吸熱部1Cとを隣接した状態で設け、加圧ローラ4上で単一のニップを形成している。
図3(a)および(b)において、半導体71と接合部72とでペルチエ素子が構成されている。半導体71はN型半導体71NとP型半導体71Pからなり、図3(b)から判るように交互に並べられていて、吸熱側接合部72Cと放熱側接合部72Hを介して直列に電流が流れる。半導体の材料としては、最も一般的なビスマス−テルル系の半導体を用いることができる。より高温での動作が可能な半導体としては、亜鉛アンチモン系やナトリウム・コバルト酸化物系などの化合物系半導体を用いることが出来る。接合部72としては、銅板等の導電性の高い金属板を用いる。なお、吸熱側接合部72Cと放熱側接合部72Hという区別は、電流の方向で逆転もする。図3(b)のように、電流を流すことにより、73Hが放熱部となり、73Cが吸熱部となる。つまり、電流がP型半導体71Pから金属板に流れ、さらに金属板からN型半導体71Nに電流が流れる場合の金属板である接合部72Hは放熱する。一方、電流がN型半導体71Nから金属板に流れ、さらに金属板からP型半導体71Pに電流が流れる場合の金属板である接合部72Cは吸熱する。
放熱側熱伝導部材73Hには、補助ヒータ75が設けられていて、定着装置始動時などヒートポンプの吸熱側が低温で十分な熱を汲み上げられないときなどに作動させる。補助ヒータ75としては、セラミックヒータなどの抵抗発熱体が適している。
また、加熱後の記録体Pを冷却手段として、ヒートポンプ1の吸熱部1Cを用いることにより、定着処理時の廃熱を有効に再利用できるとともに、ヒートパイプを用いるものと比べて、連続使用による冷却効率の低下が少ない。冷却効率の低下が少ないため、冷却不足に起因するトナー像のオフセットの発生も防止することができる。
また、ヒートポンプ1がペルチエ素子を用いたヒートポンプであることにより、他の方式とヒートポンプと比べて、小型の構成にすることができる。さらに、ペルチエ素子を用いたヒートポンプは、他の方式に比べて、温度制御の応答が早いので、加熱温度を精密に制御することができる。
また、ヒートポンプ1に隣接して補助ヒータ75を設けているため、始動時などの熱量不足の際に熱量を補うことができ、安定した定着を行うことができる。
また、放熱部1Hと吸熱部1Cとを隣接した状態で設け、加圧ローラ4上で単一のニップを形成させることにより、加熱溶融領域6から冷却領域7までにいたる経路で記録体P及び記録体P上のトナー像から発散する熱量を削減することができる。これにより、ヒートポンプ1の吸熱部1Cに入る熱量が大きくなるので、熱を交換する効率が上がり、放熱部1Hと吸熱部1Cとを隣接して配置しないものと比して記録体P上から発散する熱量を削減することができ、更なる省エネルギー化を図ることができる。
次に、図5に示すように、放熱部1Hと吸熱部1Cとを距離をおいて設置し、放熱部1Hと吸熱部1Cとにたして、共通の加圧部材である加圧ローラ4上が、2箇所で定着ベルト2を挟んで圧接する変形例1について説明する。図5においては、定着ベルト2に囲まれたヒートポンプ1と加圧部材4とが2箇所で互いに圧接している他は、図3の定着装置25と同じ構成になっていているので各部材の説明は省略する。
図5に示した定着装置25では放熱部1Hと吸熱部1Cとが離れた状態で設けられており、加圧ローラ4とヒートポンプ1とが2箇所で圧接しているので、加熱溶融領域6と冷却領域7とにそれぞれ広い領域を与えることができる。そして、特に加圧部材が図5のようにローラ形状であれば、定着ベルト2と加圧ローラ4とのニップ幅を広く確保することができる。このように、定着ベルト2と加圧ローラ4とのニップ幅を広く確保することができるため、安定した定着を行うことができる。
次に、図6に示すように、放熱部1H及び吸熱部1Cに対して、それぞれ異なる放熱側加圧ローラ4Hおよび吸熱側加圧ローラ4Cが定着ベルト2を挟んで圧接する変形例2について説明する。図6において、定着ベルト2に囲まれたヒートポンプ1が2個の放熱側加圧ローラ4Hと、吸熱側加圧ローラ4Cとに圧接して、それぞれ加熱溶融領域6と冷却領域7とを形成している他は、図3の定着装置25と同じ構成であるので各部材の説明は省略する。
このように、加熱溶融領域6及び冷却領域7のそれぞれに、放熱側加圧ローラ4H及び吸熱側加圧ローラ4Cを配置することにより、図5で示した構成と同様に、加熱溶融領域6と冷却領域7とにそれぞれ広い領域を与えることができる。さらに、加熱溶融領域6で放熱部1Hに圧接する放熱側加圧ローラ4Hと、冷却領域7で吸熱部1Cに圧接する吸熱側加圧ローラ4Cとが、分離独立して形成している。2つの加圧ローラが分離独立しているので、放熱側加圧ローラ4Hは高温状態を、吸熱側加圧ローラ4Cは低温状態を保つことができる。このように、2つの加圧ローラがそれぞれ高温状態と低温状態とを保つことができることにより、放熱部1Hと吸熱部1Cとに対して、共通の加圧部材が圧接する構成に比して、消費エネルギーを少なくすることができる。
実施形態1および変形例1、2では、ヒートポンプ1の吸熱部1Cを加熱後の記録体Pを吸熱し、記録紙Pを冷却する箇所に設けたが、吸熱部1Cの設置箇所はこれに限るものではない。ここでは、吸熱部1Cを記録体Pの冷却領域以外に設ける変形例3について説明する。
画像形成装置内では、廃熱が発生する箇所は定着後の記録体Pに限るものではなく、駆動源等、定着工程以外でも廃熱は発生する。よって、このような廃熱を発生する箇所にヒートポンプの吸熱部を設け、定着熱に用いる構成を採用してもよい。
このように、ヒートポンプの吸熱部を定着装置外の発熱体に近接配置し、放熱部を予備加熱部に配置することにより、定着装置以外の廃熱の有効利用が可能となる。さらに、廃熱を発生する箇所の周辺部材の温度上昇を防止することができる。また、従来温度上昇を防止するために、画像形成装置の外殻周辺に設置せざるを得なかった部材や、定着装置周辺に設置することができなかった部材を定着装置周辺に配置することができ、レイアウトの選択肢を広めることができる。
このような廃熱は定着後の記録体Pの廃熱と比較すると熱量が小さいため、加熱溶融領域での加熱手段として用いるのは困難であるが、予備加熱手段として用いることができる。
1H ヒートポンプの放熱部
1C ヒートポンプの吸熱部
2 定着ベルト
4 加圧ローラ
4H 放熱部側の加圧ローラ
4C 吸熱側の加圧ローラ
5 定着ベルト支持ローラ
6 加熱溶融領域
7 冷却領域
10 中間転写ベルト
18 画像形成ユニット
21 露光装置
24 搬送ベルト
25 定着装置
40 感光体ドラム
44 給紙カセット
71 半導体
72 接合部
73 熱伝導部材
74 絶縁部材
75 補助ヒータ
100 プリンタ部
200 給紙部
300 スキャナ部
400 原稿搬送部
Claims (7)
- 記録体と該記録上の未定着のトナー像とを加熱溶融領域で加熱し、
該トナー像を該記録体上に定着させる画像形成装置において、
吸熱部により該加熱溶融領域外から熱を吸収し、放熱部により該加熱溶融領域に熱を放出するヒートポンプを設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記ヒートポンプの吸熱部を、上記加熱溶融領域から該記録体搬送方向下流側の上記記録体搬送経路に設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記放熱部と上記吸熱部とを隣接して配置したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記放熱部と上記吸熱部とを間隔を空けて配置し、該放熱部及び該吸熱部に対して圧接するように一つの加圧部材を設置したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記放熱部および上記吸熱部に対して異なる加圧部材がそれぞれ圧接するように、複数の加圧部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4および5の画像形成装置形成装置において、
上記ヒートポンプがペルチエ素子を用いたヒートポンプであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5および6の画像形成装置において、
上記ヒートポンプに隣接して加熱手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
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